大气环境课件

大气环境2大气层的构造01国际标准大气02大气物理参数03主要内容所有的航空活动都与大气密切相关包围地球并随地球一起运转的空气层大气(大气层的简称)什么是大气？飞机、直升机等航空器都在大气层中飞行，大气在与之有相对运动的航空器上产生空气动力，大气的状况又直接影响航空器发动机的工作性能和航空器中飞行人员的生活条件。因此，飞机、直升机等航空器的飞行是与大气层密切相关的。为什么要学？氮气、氧气二氧化碳氩、氖、氦、氢等气体水蒸气和尘埃颗粒。大气里有什么？大气组成大气层航空器唯一的活动环境就是大气层。大气特性在铅垂方向变化非常明显：随着高度的升高，密度、压力都随之降低以温度变化为基准可以将大气层分为五层：散逸层电离层（热层）中间层平流层（下层为同温层）对流层对流层

对流层是靠近地表的大气最底层，它的厚度随纬度和季节的不同而有变化。

低纬度平均为17～18km，中纬度为10～12km，高纬度只有8～9km。厚度随季节变化是夏天比冬天高。

对流层的厚度十分薄，不及整个大气层厚度的1%，但大气质量的3/4和几乎全部的水汽都集中在这一层。风、云、雨、雪、雾等主要大气现象都发生在这一层中，它是天气变化最为复杂的层次，因而也是对人类生产、生活影响最大的一层。对流层的主要特征：

（1）温度随高度增加而降低

（2）空气具有强烈的对流运动

（3）气象要素水平分布不均匀

平流层

平流层在对流层之上，顶界伸展到50~55km，空气稀薄，占空气总质量的1/4。

顾名思义，平流层的最大特点是大气以平流运动为主，极少垂直方向的对流运动。

25km以下，平均温度-56.5℃

，气温基本不变，所以又叫同温层。25km以上，高度增加，气温上升，至0℃。

1、能见度高。地球大气的平流层水汽、悬浮固体颗粒、杂质等极少，天气比较晴朗，光线比较好，能见度很高，便于高空飞行。2、受力稳定。平流层的大气上暖下凉，大气不对流，以平流运动为主，飞机在其中受力比较稳定，便于飞行员操纵架驶。

3、噪声污染小。平流层距地面较高（约12km～50km），飞机绝大部分时间在其中飞行，对地面的噪声污染相对较小。4、安全系数高。飞鸟飞行的高度一般达不到平流层，飞机在平流层中飞行就比较安全．当然，在起飞和着陆时，要想方设法驱赶开飞鸟才更为安全。中间层自平流层顶到85公里左右为中间层（55—85）。

因为几乎没有臭氧，来自太阳辐射的大量紫外线白白地穿过了这一层大气而未被吸收，所以，在这层大气里，气温随高度的增加而下降的很快，到顶部气温已下降到-83℃以下

从中间层顶部到高出海面800公里的高空，空气处于高度电力状态，称为电离层，又叫暖(热)层。电离层

该层特点：空气密度很小，声波无法传播；据有很强的导电性、能吸收、反射和折射无线电波，因此对无线电通信很重要；温度很高，并随高度的增加而上升。

散逸层，又叫外层。它是大气的最高层，高度最高可达到3000公里。散逸层

这一层大气的温度也很高，空气十分稀薄，受地球引力场的约束很弱，一些高速运动着的空气分子可以挣脱地球的引力和其它分子的阻力散逸到宇宙空间中去。1、飞机的飞行性能与大气物理参数有关；2、大气物理参数随地理位置、高度、季节、时间等不同而变化；3、飞机试飞性能指标要有一个统一标准。为了便于计算、整理和比较飞机的试飞结果，并给出标准的飞机性能数据，必须有一个标准大气状态为基准，即国际标准大气。为什么要制订国际标准大气呢？国际标准大气（ISA）国际标准大气（ISA）是由国际民航组织（ICAO）制定的，它以北半球中纬度地区大气物理性质的平均值为依据，加以适当的修正建立的1、大气的静止的、相对湿度为零的、洁净的完全气体；

2、以海平面作为计算高度的起点，即海平面处；大气参数值：P=760mmHg、T=15℃、ρ=1.225kg/m3；a=340.29m/s3、根据海平面大气物理参数值，计算出各个高度上的标准大气的物理参数表（P11表1-2）。高度温度压力密度H(m)T(K)t(℃)p(kPa)p(mmHg)p/p0(kg/m3)/0-1000294.6521.50113.93854.551.12441.34701.0996-500291.4018.25107.47806.151.06071.28491.04890288.1515.00101.325760.001.00001.22501.00001000281.658.5089.876674.120.88701.11170.90752000275.152.0079.501596.300.78461.00660.82173000268.66-4.4970.121525.950.69200.90930.74234000262.17-10.9861.660462.490.60850.81940.66895000255.28-17.4754.048405.390.53340.73640.60126000249.19-23.9647.217354.160.46600.66010.53897000242.70-30.4541.105308.310.40570.59000.48178000236.22-36.9335.651267.400.35190.52580.42929000229.73-43.4230.800231.020.30400.46710.381310000223.25-49.9026.499198.760.26150.41350.337611000216.77-56.3822.699170.260.22400.36480.297812000216.65-56.5019.399145.500.19150.31190.254613000216.65-56.5016.579124.350.16360.26660.217614000216.65-56.5014.170106.280.14000.22790.186015000216.65-56.5012.11190.850.11950.19480.1590高度温度压力密度H(m)T(K)t(℃)p(kPa)p(mmHg)p/p0(kg/m3)/0-1000294.6521.50113.93854.551.12441.34701.0996-500291.4018.25107.47806.151.06071.28491.04890288.1515.00101.325760.001.00001.22501.00001000281.658.5089.876674.120.88701.11170.90752000275.152.0079.501596.300.78461.00660.82173000268.66-4.4970.121525.950.69200.90930.74234000262.17-10.9861.660462.490.60850.81940.66895000255.28-17.4754.048405.390.53340.73640.60126000249.19-23.9647.217354.160.46600.66010.53897000242.70-30.4541.105308.310.40570.59000.48178000236.22-36.9335.651267.400.35190.52580.42929000229.73-43.4230.800231.020.30400.46710.381310000223.25-49.9026.499198.760.26150.41350.337611000216.77-56.3822.699170.260.22400.36480.297812000216.65-56.5019.399145.500.19150.31190.254613000216.65-56.5016.579124.350.16360.26660.217614000216.65-56.5014.170106.280.14000.22790.186015000216.65-56.5012.11190.850.11950.19480.1590从前面的分析可以得出：随着高度的增加，大气的密度和压力都在减小。温度的变化却比较复杂，在11km以下的对流层内，每上升1km，温度下降6.5℃。在平流层的底部（11km＜h＜20km），大气的温度为常值-56.5℃，在平流层的上部，温度又开始回升。音速的变化随温度的变化而变化国际标准大气的应用1、提供一个不随地理位置、季节和时间变化的标准大气环境；2、对实际大气物理参数进行修正；3、实际环境和标准环境之间换算需要确定偏差，即ISA偏差。课堂小结ISA海平面处大气参数值P=760mmHgT=15℃ρ=1.225kg/m3a=340.29m/s变化规律温度、压力、密度对流层平流层/同温层中间层电离层/热层散逸层/外层大气的重要物理参数大气中各种气体分子都在不停地、无规则地（以不同的运动方向和运动速度）运动着，并产生相互碰撞。空气分子运动的动能以压力和热能的形式表现出来大气物理状态的物理参数与航空器飞行有关的物理参数密度压力温度1粘性2压缩性3湿度4声速空气密度大，说明单位体积内的空气分子多，比较稠密；反之相反。大气密度单位体积内流体的空气质量，简单来说就是空气稠密的程度。国际单位制中，单位为kg/m3什么是大气密度？由于地心引力的作用，大气的密度随高度的增加而减少，近似按指数曲线变化。注：在6700米高度时，大气密度仅为海平面大气密度的一半。大气密度如何变化？温度高低表明了空气分子不规则热运动平均速度的大小。温度高，分子的运动速度大，即平均动能大。在大约11千米高度以下的大气层内，随着高度的增加，大气温度下降，近似按线性变化大气温度大气温度是指大气层内空气的冷热程度温度单位是什么？什么是大气温度？温度的三种表示方法摄氏温度（℃）华氏温度（°F）绝对温度（°T）换算公式华氏度的来源华氏度（°F）是温度的一种度量单位，以其发明者德国人华伦海特（GabrielD.Fahrenheit，1686-1736）命名的。1714年他发现液体金属水银比酒精更适宜制造温度计，以水银为测温介质，发明了玻璃水银温度计，选取氯化铵和冰水的混合物的冰点温度为温度计的零度，人体温度为温度计的100度。在标准大气压下，冰的熔点为32℉，水的沸点为212℉，中间有180等分，每等分为华氏1度，记作“1℉”。“华氏温标”是经验温标之一。在美国的日常生活中，多采用这种温标，用字母“℉”表示。上层空气的重力对下层空气造成了压力。空气分子不规则的热运动。大气压力大气层内空气的压强，即物体单位面积上承受的空气的垂直作用力。什么是大气压力？气体对物体表面产生压力的原因：所以同一高度上，由于空气温度不同，空气的压力也是不均匀的。33毫米汞柱（mmHg）帕（Pa）每平方英寸磅（psi）每平方厘米千克力（kgf/cm2）大气压力的单位

因为大气压力随高度和温度变化，所以规定在海平面温度15℃时的大气压力为一个标准大气压力。一个标准大气压力具体数值

760mmHg、29.92inHg、101325Pa、

14.6959psi（poud/inch2）、1.03323kgf/cm2注：1英尺=12英寸；1英寸=25.4毫米；1磅=454克一个标准大气压力的规定粘性是流体固有的属性。当流体内两相邻流层的流速不同时，或流体与物体间发生相对运动时，两个流层接触面上便产生相互粘滞和相互牵扯的力，这种特性就是流体的粘性。气体的粘性比较小，不容易被察觉，但对航空器飞行的影响却不能忽略。粘性

式中：

F—流体的粘性力；

—在层流的垂直方向上，每单位长度速度变化量，叫做横向速度梯度；

△S—接触面的面积；

μ—横向速度梯度为1时，在流层单位接触面上产生的粘性力，称为流体的黏度系数（动力黏度系数）；单位是Pa·s（帕·秒）流体的粘性力与相邻流层的速度差、接触面的面积成正比，和相邻流层的距离成反比。定义式：不同流体具有不同的粘度系数，同一流体的粘度系数又随温度而变化；流体黏度随着温度变化的特性又称为流体的黏温特性气体的粘度系数随温度的升高而增大液体的粘度系数随温度的升高而减小气体产生黏性的物理原因，主要是气体分子不規则运动造成各流层分子交换而带来的动量交换。温度升高时，气体分子不规则运动加剧，各流层之间交换的分子数量增加，造成交换的动量也増加.所以，气体的黏性系数随温度升高而増大；而液体产生黏性的物理原因，主要是各流层分子之间的内聚力.温度升高时，液体分子的不规则运动加剧，分子之间的距离加大，内聚力也随之减小.所以，液体的黏性系數随温度升高而成小为何二者相反？气体的粘度系数随温度的升高而增大液体的粘度系数随温度的升高而减小当大气流过物体时，只有紧贴物体表面的气流层中横向速度梯度较大，粘性力比较大，空气的粘性表现得比较明显；在离开物体表面较远的外部区域，气流层中横向速度梯度很小，粘性力也很小一般情况下可以忽略空气的粘性作用。没有粘性的流体称为理想流体，当不考虑粘性作用时，可以把空气当作理想流体来处理。粘性流体和理想流体实际流体（粘性流体）实际中的流体都具有粘性，因为都是由分子组成，都存在分子间的引力和分子的热运动，故都具有粘性，所以，粘性流体也称实际流体。理想流体假想没有黏性的流体。具有实际意义：

由于实际流体存在粘性使问题的研究和分析非常复杂，甚至难以进行，为简化起见，引入理想流体的概念。一些情况下基本上符合粘性不大的实际流体的运动规律，可用来描述实际流体的运动规律，如空气绕流圆柱体时，边界层以外的势流就可以用理想流体的理论进行描述。还由于一些粘性流体力学的问题往往是根据理想流体力学的理论进行分析和研究的。再者，在有些问题中流体的粘性显示不出来，如均匀流动、流体静止状态，这时实际流体可以看成理想流体。所以建立理想流体模型具有非常重要的实际意义。可压缩性空气的可压缩性是指一定量的空气，在压力或温度变化时，其体积和密度发生变化的特性。可压缩流体和不可压缩流体气体和液体都是可压缩的，通常将气体视为可压缩流体，液体视为不可压缩流体。水下爆炸：水也要视为可压缩流体；当气体流速比较低时也可以视为不可压缩流体。

在相同的压力变化量的作用下，密度的变化量越大的物质，可压缩性就越大。液体的密度变化量极小，可以看作是不可压缩的；而空气由于分子之间距离较大、分子之间吸引力较小，它的可压缩性表现得十分明显。当大气流过飞行器表面时，在一些部位气流速度增加，气流压力会减小，密度也会随之下降；反之相反。这就是大气的压缩性在